Введение к работе
Актуальность темы
В схемах метрового, дециметрового и сантиметрового диапазонов волн широко используются микрополосковые линии, но их применение в более коротковолновых диапазонах ограничивается высокими омическими потерями
Необходимость увеличения скорости передачи информации (емкости канала) в общем случае требует увеличения рабочей частоты, поскольку эта скорость определяется шириной полосы пропускания канала связи Д» Для выполнения условия малости влияния дисперсии канала связи на сигнал полоса пропускания должна удовлетворять соотношеншо Дсо / tt>cp « 1, где Шср - средняя частота сигнала Разрешающая способность радиолокационных систем определяется шириной диаграммы направленности антенны, которая пропорциональна соотношению X/D, где D - размер апертуры антенны, а X - длина волны Поэтому одним из способов повышения разрешающей способности системы является уменьшение рабочей длины волны Изобретение в 1985 году профессором В В Шевченко микрополос-кового волновода позволяет распространить применение микрополос-ковых устройств в миллиметровый и более коротковолновые диапазоны. Замена полосковой линии с «дипольной волной» полосковым волноводом аналогична переходу от коаксиального кабеля к полым металлическим волноводам, совершенному в свое время при переходе от волн метрового и дециметрового диапазонов к волнам сантиметрового и миллиметрового диапазонов
В существующих схемах миллиметрового диапазона применяются в основном прямоугольные металлические волноводы Однако их применение, например, в распределительных сетях многоэлементных антенн отрицательно сказывается на массогабаритных характеристиках схемы в целом Исследование микрополоскового волновода позволит существенно снизить вес и габариты существующих схем миллиметрового и, возможно, субмиллиметрового диапазона
В настоящей работе теоретически исследованы свойства микрополоскового волновода с целью его применения в печатных микросхемах миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов волн Исследована эффективность возбуждения основной волны, волноводные переходы между микрополосковыми волноводами с различными параметрами и переход от микрополоскового волновода к микрополосковой линии
Цель работы - исследовать микрополосковый волновод для его применения в печатных микросхемах миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов волн вместо микрополосковых линий и показать целесообразность его применения в этих диапазонах
В настоящей работе были поставлены следующие задачи
исследовать дисперсионные свойства мод микрополоскового волновода,
оценить потери мощности основной волны микрополоскового волновода и сравнить их с потерями мощности основной волны микрополос-ковой линии в коротковолновой части миллиметрового диапазона,
изучить структуру поля основной волны микрополоскового волновода,
исследовать распространение основной волны микрополоскового волновода через изгибы и изломы направляющей полоски,
исследовать возбуждение основной волны микрополоскового волновода при помощи микрополосковой линии и оценить эффективность возбуждения.
Научная новизна
1 Проведено исследование электродинамических свойств новой волно-
ведущей структуры для передачи и обработки сигнала - микрополоскового волновода.
2 Исследовано возбуждение микрополоскового волновода при помощи
волноводного перехода от микрополосковой линии
Научная и практическая ценность
Проведено исследование дисперсионных свойств мод микрополоскового волновода двумя методами - методом эффективных показателей преломления (МЭПП) и методом конечных элементов (МКЭ) Учтен вклад поверхностных токов на краях металлической полоски микрополоскового волновода в величину фазового замедления
Проведён численный расчет омических потерь мощности основной волны микрополоскового волновода при работе в коротковолновой части миллиметрового диапазона волн
Ъ Получено распределение компонент поля в поперечном сечении при различных параметрах волновода.
Исследованы потери на излучение основной волны микрополоскового волновода на нерегулярностях типа изгиба и излома
Проведено исследование эффективности возбуждения основной волны микрополоскового волновода при помощи плавного волноводного перехода, параметры которого изменяются по линейному или нелинейному косинусоидальному закону, от микрополосковой линии Изучены
обратный переход от микрополоскового волновода к микрополосковой линии и переходы между волноводами с различающимися параметрами
Научные положения, выносимые на защиту:
результаты исследования дисперсионных свойств и структуры полей основной и первой высшей волн-мод микрополоскового волновода,
оценка омических потерь основной волны микрополоскового волновода по сравнению с потерями в полосковой линии в коротковолновой части миллиметрового диапазона волн,
получены потери на излучение основной волны микрополоскового волновода при прохождении нерегулярностей волновода типа изгиба и излома направляющей полоски,
результаты расчета эффективности возбуждения основной волны микрополоскового волновода при помощи волноводного перехода от микрополосковой линии, эффективности передачи мощности при обратном переходе от микрополоскового волновода к микрополосковой линии и при переходе между одномодовым и двухмодовым микрополосковыми волноводами.
Апробация работы
Основные результаты диссертации докладывались
на ежегодных Всероссийских конференциях по проблемам математики, информатики, физики, химии, методики преподавания естественнонаучных дисциплин -Тезисы докладов -Секции физики -РУДН -М (2003, 2005,2007 годы),
на научных семинарах кафедры радиофизики РУДН (2003-2006 годы),
на Московском электродинамическом семинаре - ИРЭ РАН (2006 год),
опубликованы
в 3 статьях в журнале «Радиотехника и электроника» (2005, 2006, 2007 годы), за одну из которых в 2005 г. присуждена премия (как за лучшую публикацию в журнале, издаваемом МАИК «Наука/Интерпериодика»)
Вклад автора
Автором проведены исследование дисперсионных свойств микрополоскового волновода методом эффективных коэфициентов замедления, численный расчет потерь основной волны на излучение при прохождении волной нерегулярных участков типа изгиба и излома направляющей полоски, ре-
шена задача о возбуждении основной волны микрополоскового волновода при помощи линейного и нелинейного волноводных переходов от микро-полосковой линии к микрополосковому волноводу, исследованы переходы между волноводами с различающимися параметрами и обратные волно-водные переходы от микрополоскового волновода к полосковои линии
Публикации
Основные результаты диссертации опубликованы в 6 научных работах, список которых приведен в конце автореферата
Структура и объем работы
